CH685074A5

CH685074A5 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Regeleinrichtung.

Info

Publication number: CH685074A5
Application number: CH342992A
Authority: CH
Inventors: Peter Holschbach; Dietmar Manz
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 1991-11-11
Filing date: 1992-11-06
Publication date: 1995-03-15
Also published as: FR2683644B1; NL194743B; FR2683644A1; AT400201B; NL9201962A; NL194743C; ATA221991A; DE4237810A1

Description

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CH 685 074 A5

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Regeleinrichtung zur Drehzahlregelung eines Gas-Luft-Verbund-Lüfters eines gebläseunterstützten Gas-Wasserheizers mit einem Regler, der aus der Abweichung zwischen Soll- und Ist-Wert eine Stellgrösse generiert, und einem Mikroprozessor oder einem Zugriff auf einen Mikroprozessor sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Herkömmliche Regelprozesse beruhen auf dem Prinzip, die Stellgrösse zur Angleichung des Ist-Wertes an den Soll-Wert allein aus der jeweils aktuellen Regelabweichung zu ermitteln. Das ist insbesondere dann problematisch, wenn häufige und sehr grosse Soll-Wert-Sprünge auftreten, da der Regelbereich entsprechend ausgedehnt sein muss. Dies führt zu einer langsamen Regelung, wobei in vielen Fällen auch noch ein erhebliches Unter- beziehungsweise Überschwingen in Kauf genommen werden muss.

Aus «Adaptive Control» von K. J. Aström und B. Wittenmark, Addison-Wesley Publisting Company, Massachusetts, US, Mai 1988, Seite 364 bis 366, ist ein Regelverfahren bekanntgeworden, bei dem der Regelbereich in mehrere Teilbereiche aufgeteilt wird, wobei die oben genannten Nachteile zwar gemildert, aber nicht beseitigt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelverfahren anzugeben, das eine schnellere Überwindung der Regelabweichung bei geändertem Soll-Wert gestattet, wobei gleichzeitig eine Verringerung des Unter- beziehungsweise Uberschwingens anzustreben ist.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Mikroprozessor aus dem Soll-Wert w und einer, den Zusammenhang zwischen Stellgrösse und Regelgrösse charakterisierenden Streckenkennlinie eine erste Stellgrösse yi vorberechnet und der als mit hoch verstärktem P-Anteil ausgebildete Regler der ersten Stellgrösse yi eine zweite Stellgrösse Ay als Korrekturwert überlagert, wobei bei Uber-/Unterschreiten des Regelbereiches des Reglers die vorberechnete Stellgrösse yi unterdrückt und die maximale/minimale Stellgrösse ausgegeben wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Stellgrösse sich in Abhängigkeit vom Soll-Wert aus systeminternen Parametern vorberechnen lässt, so dass der Regler quasi nur noch für den Feinab-glelch erforderlich ist. Der Arbeitspunkt des Reglers verschiebt sich entsprechend der berechneten Stellgrösse auf der Streckenkennlinie. Infolgedessen kann der Regelbereich des Reglers erheblich reduziert werden. Es ist nur noch eine geringe Abweichung von der theoretisch aus der Streckenkennlinie ermittelten Stellgrösse auszutarieren. Deshalb kommt ein Pl-Regler zum Einsatz. Ein solcher Regler besitzt nur einen geringen Regelbereich; dafür ist die Regelgeschwindigkeit wie auch die Regelgenauigkeit ausserordentlich hoch. Der I-Anteil des Reglers spielt nur eine untergeordnete Rolle. Der Integrator weist einen relativ geringen Maximalwert auf. Bei einer bestimmten Abweichung vom Soll-

Wert wird der Integrator gelöscht, und der I-Anteil entfällt. Je nach Anwendung ist es auch möglich, einen reinen P-Regler zu verwenden. Ein D-Anteil für den Regler ist denkbar, bringt aber, bedingt durch die steile P-Regelung, kaum Vorteile.

Da der P-Anteil des Reglers beziehungsweise der P-Regler eine sehr hohe Verstärkung aufweist und deshalb nur innerhalb eines schmalen Bereiches um den Soll-Wert regeln kann, ist ein kurzzeitiges Überschreiten des Regelbereiches nicht aus-zuschliessen, so dass in diesem Fall die maximale/ minimale Stellgrösse ausgegeben wird.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Streckenkennlinie aus den zu den jeweiligen Ist-Werten gehörenden Stellgrössen den regelsystemeigenen Gegebenheiten und zeitlichen Veränderungen angeglichen. Auf diese Weise ist die Regelgenauigkeit unabhängig von der Streckencharakteristik, das heisst unabhängig von Exemplarstreuungen, Alterungserscheinungen und so weiter. Das Regelverfahren ist somit nicht nur voreinstellend, sondern auch selbstadaptiv.

Zur Berücksichtigung der systemspezifischen und zeitlich veränderlichen Streckenkennlinie ist weiterhin ein Kennlinienangleicher vorgesehen, der einen Speicher zur Aufnahme der aktuellen, während eines stabilen Betriebszustandes ermittelten Wertepaare, Ist-Wert/Stellgrösse aufweist. Ein stabiler Betriebszustand ist erreicht, wenn der Ist-Wert über einen Mindestzeitraum konstant ist. Der Kennlinienangleicher wartet auf einen solchen stabilen Betriebszustand und legt dann die Stellgrösse und den Ist-Wert in den Speicher ab. Aus mindestens zwei derartigen Wertepaaren kann der Mikroprozessor problemlos eine angenäherte Kennlinie berechnen. Liegt bereits eine grössere Anzahl von Wertepaaren vor, lässt sich bei entsprechender Programmierung des Mikroprozessors auch eine Krümmung beziehungsweise Nichtlinearität der Kennlinie erfassen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet beziehungsweise werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der beanspruchten Regelung und

Fig. 2 eine grafische Veranschaulichung des Regelkonzeptes mit einem P-Regler.

Für das erfindungsgemässe Verfahren zum Betreiben einer Regeleinrichtung sind neben den herkömmlicherweise vorhandenen Baugruppen zusätzliche Softwarekomponenten 1 eines Mikroprozessors erforderlich.

Ausgangsgrössen für die Regelung sind - wie üblich - ein Ist-Wert x und ein Soll-Wert w, welche einem Vergleicher 2 zugeführt werden. Der Vergleicher 2 bildet die Differenz xw = x - w, die der Regelabweichung entspricht. Dieser Differenzwert wird einem Regler 3 zugeführt, welcher daraus eine Stellgrösse ermittelt, die hier mit Ay bezeichnet werden soll. Im Gegensatz zu bekannten Regelvorgängen ist dieses Ay nicht die gesamte Stellgrösse,

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sondern nur eine Korrekturgrösse, die einer mittels des Mikroprozessors vorberechneten Stellgrösse yi überlagert wird. Dazu ist im Mikroprozessor die Streckenkennlinie 4 gespeichert. Diese wird dem aktuellen Soll-Wert w zugefügt und - wie Fig. 2 zeigt -, bei w, das heisst wi beziehungsweise wz, der jeweiligen Stellgrösse yn beziehungsweise yi2 zugeordnet. Für diese Zuordnung sind Mikroprozessorkomponenten 5 vorgesehen. Ausgegeben wird die Stellgrösse yi, die der optimalen Stellgrösse y schon sehr nahekommt. Die Gesamtstellgrösse y ist die Summe der vorberechneten Stellgrösse yi und der Korrekturstellgrösse Ay. Die beiden Summanden werden einem Addierglied 6 zugeführt, an dessen Ausgang die Gesamtstellgrösse y die Regelstrecke 7 in üblicher Weise beaufschlagt.

Die Stellgrösse y, beispielsweise eine Spannung, und der die Regelstrecke 7 charakterisierende Ist-Wert x, beispielsweise eine Lüfterdrehzahl eines gebläseunterstützten Gas-Wasserheizers, werden ausserdem auf einen Kennlinienangleicher 8 des Mikroprozessors gegeben. Der Kennlinienangleicher 8 berechnet während stationärer Betriebszustände aus den Wertepaaren y/x die Streckenkennlinie y = f (x) und gibt diese an die entsprechende Mikrorechnerkomponente 5 weiter.

Eine solche Streckenkennlinie in Verbindung mit der Arbeitsweise des Reglers 3 zeigt Fig. 2. Es ist ersichtlich, dass die Regelcharakteristik 9 eines reinen P-Reglers der Streckenkennlinie 10 derart überlagert ist, dass der Arbeitspunkt 11 beziehungsweise 12 des Reglers auf der Streckenkennlinie 10 entsprechend der vorberechneten Stellgrösse yn beziehungsweise yi2 wandert. Der Regelbereich 13 des P-Reglers liegt damit immer symmetrisch zum Soll-Wert wi beziehungsweise W2. Aufgrund dieser Verfahrensweise lässt sich ein Regler mit sehr hoher Verstärkung des P-Anteils einsetzen. Folglich ergibt sich eine sehr geringe maximale Regelabweichung, die bei dem im Ausführungsbeispiel veranschaulichten reinen P-Regler mit dem Regelbereich 13 übereinstimmt.

Es ist auch möglich, dem 2-Punkt-Verhalten des P-Reglers einen integrativen Anteil, also einen I-An-teil, hinzuzufügen. Da die Regelstrecke 7 bei dieser Applikation jedoch nicht aktiv gebremst werden kann, lädt sich der Integrator bei Herabfahren des Soll-Wertes W2 -> wi zwangsläufig stark auf. Daher ist für einen integrativen Anteil eine enge Begrenzung des Integrations-Maximalwertes erforderlich. Ein Unterschreiten des Soll-Wertes wi durch grosse negative Integrationswerte lässt sich dadurch verhindern.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Betreiben einer Regeleinrichtung zur Drehzahlregelung eines Gas-Luft-Verbund-Lüfters eines gebläseunterstützten Gas-Wasserheizers mit einem Regler, der aus der Abweichung zwischen Soll- und Ist-Wert eine Stellgrösse generiert, und einem Mikroprozessor oder einem Zugriff auf einen Mikroprozessor, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor aus dem Soll-Wert w und einer den Zusammenhang zwischen Stellgrösse y und Regelgrösse x charakterisierenden Streckenkennlinie eine erste Stellgrösse yi vorberechnet und der als Pl-Regler mit hoch verstärktem P-Anteil ausgebildete Regler (3) der ersten Stellgrösse yi eine zweite Stellgrösse Ay als Korrekturwert überlagert, wobei bei Über-/Unterschreiten des Regelbereiches (13) des Reglers (3) die vorberechnete Stellgrösse yi unterdrückt und die maximale/minimale Stellgrösse ausgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Streckenkennlinie y = f (x) mittels der zu den jeweiligen Ist-Werten x gehörenden Stellgrössen y den regelsystemeigenen Gegebenheiten und zeitlichen Veränderungen angeglichen wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kennlinienangleicher (8) vorgesehen ist, der einen Speicher zur Aufnahme der aktuellen, während eines stabilen Betriebszustandes ermittelten Wertepaare Ist-Wert/Stellgrösse (x/y) aufweist.

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